Brito gabriel-rvq-no prelo

Rev. Virtual Quim. |Vol 10| |No. 5| |no prelo| 000
Artigo
O Impacto do Material Particulado na Qualidade do Ar
Brito, G. F. S.; Sodré, F. F.; Almeida, F. V.*
Rev. Virtual Quim., 2018, 10 (5), no prelo. Data de publicação na Web: 30 de outubro de 2018
http://rvq.sbq.org.br
Impact of Particulate Matter on Air Quality
Abstract: Particulate matter (PM) is a minor component of the atmosphere generated from
natural and anthropogenic sources, whose characteristics are reflected in its composition. The
PM particle size is related to the residence time in the atmosphere and the level of penetration
in the human respiratory system. The presence of certain elements and chemical substances in
the PM composition can be used as a tool to identify polluting sources. In addition, some of
these particles, such as black carbon and brown carbon, can directly interfere with climate
change by absorbing or reflecting the radiation in the atmosphere. Therefore, this review
article aims to discuss the importance of PM, including aspects of classification, occurrence,
sources, chemical composition, health and climatic effects.
Keywords: Atmosphere; particulate matter; sources; health; black carbon; brown carbon.
Resumo
O material particulado (MP) é um componente minoritário da atmosfera gerado a partir de
fontes naturais e antrópicas, cujas características se refletem na sua composição. O tamanho
das partículas do MP está relacionado ao tempo de residência na atmosfera e ao nível de
penetração no sistema respiratório humano. A presença de determinados elementos e
substâncias químicas na composição do MP pode ser utilizada como ferramenta na
identificação de fontes poluidoras. Além disso, algumas dessas partículas, como o black carbon
e o brown carbon, podem interferir diretamente nas mudanças climáticas, absorvendo ou
refletindo a radiação na atmosfera. Portanto, este trabalho de revisão tem como objetivo
discutir a importância do MP, incluindo os aspectos de classificação, ocorrência, fontes,
composição química, efeitos à saúde e os efeitos climáticos.
Palavras-chave: Atmosfera; material particulado; fontes; saúde; black carbon; brown carbon.
* Universidade de Brasília, Instituto de Química, Campus Darcy Ribeiro, CEP 70910-900,
Brasília-DF, Brasil.
fernandaalmeida@unb.br
DOI:

Volume 10, Número 5
Revista Virtual de Química
ISSN 1984-6835
Setembro-Outubro 2018
000 Rev. Virtual Quim. |Vol 10| |No. 5| |XXX|
O Impacto do Material Particulado na Qualidade do Ar
Gabriel Ferreira da Silva Brito, Fernando Fabriz Sodré, Fernanda
Vasconcelos de Almeida*
Universidade de Brasília, Instituto de Química, Campus Darcy Ribeiro, CEP 70910-900, Brasília-
DF, Brasil.
* fernandaalmeida@unb.br
Recebido em 6 de abril de 2018. Aceito para publicação em 1 de outubro de 2018
1. Introdução
2. Ocorrência de MP Atmosférico
3. Classificação e Tipos de MP
3.1. Uso de MP como indicador de fontes de poluição
4. Efeitos à Saúde
5. O papel do MP no Clima
5.1. Balanço de energia radiativa: forçante radiativa
6. Conclusão
1. Introdução
Formada por um manto fino de gases
mantidos pela ação da gravidade, a
atmosfera terrestre é essencial para a
proteção do planeta frente ao ambiente
hostil do espaço exterior, absorvendo parte
da radiação emitida pelo sol, moderando a
temperatura e promovendo condições
propícias para a manutenção da vida na
Terra.1–3
A atmosfera é dividida em camadas
de acordo com as variações de temperatura
sob diferentes altitudes. Porém, somente a
troposfera mantém contato direto com a
superfície terrestre, sendo esta camada
responsável por 85 % de toda massa da
atmosfera. Além disso, é também na
troposfera onde ocorre a maioria dos
fenômenos responsáveis pela ciclagem
biogeoquímica de diversos elementos e
substâncias químicas,4,5
além de fenômenos
que governam as condições climáticas, tais
como a formação de nuvens, chuvas e
ventos.6
Os principais constituintes da atmosfera
são os gases nitrogênio (N2), oxigênio (O2), e
argônio (Ar). Com exceção do vapor de água,
cuja abundância na atmosfera depende de
aspectos regionais, as proporções dos gases
majoritários não apresentaram mudanças
significativas desde 1 bilhão de anos atrás até
o tempo presente.4,7,8
Por outro lado, grande
parte das variações na composição do ar se
dá nos componentes minoritários, tais como
o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4),
o ozônio (O3) e o material particulado (MP).
Embora minoritários, esses componentes

Brito, G. F. S. et al.
possuem funções bem definidas na
atmosfera, sendo que alterações em seus
níveis de concentração podem resultar em
efeitos adversos.4
Dentre os componentes minoritários, o
MP é aquele responsável pela formação do
aerossol. Originado tanto por fontes naturais
quanto antrópicas, é constituído por
partículas sólidas e/ou líquidas de diversos
tamanhos que se mantém suspensas no ar.
Na atmosfera, interfere na visibilidade, na
quantidade de radiação que chega ao solo e
na formação de nuvens, já que pode atuar
como núcleos de condensação da água.4
O
MP também está diretamente relacionado a
problemas de saúde em seres humanos,
principalmente aquele com partículas de
menores tamanho, podendo comprometer o
sistema respiratório e, em alguns casos,
atingir também o sistema circulatório.9
O objetivo deste trabalho de revisão é
discutir de forma abrangente os vários
aspectos do material particulado na
atmosfera, como fontes, composição
química, efeitos climáticos, efeitos à saúde,
tempo de vida, processos de formação, entre
outros. Apesar de existir vários artigos na
literatura nacional que citem o material
particulado no âmbito da química
atmosférica,1,10–14
nenhum deles se dedica
exclusivamente ao MP.
2. Ocorrência de MP Atmosférico
O MP pode ser emitido por fontes
primárias ou ser formado na atmosfera de
maneira secundária, ou seja, a partir de
reações com outros componentes
atmosféricos.5 O tamanho e a composição do
MP variam em função do tipo de fonte
emissora.15–19
Uma das maneiras de
classificar o MP baseia-se na estimativa do
tamanho das partículas. Para tanto,
considera-se que elas possuirão formato
esférico, sendo o diâmetro aerodinâmico (𝑑𝑎)
a unidade de medida de seu tamanho.9,15
A presença e o transporte do MP na
atmosfera relacionam-se diretamente ao
tamanho das partículas. Uma vez no ar,
partículas de maior tamanho assentam
rapidamente pela ação da força da gravidade
em um processo denominado deposição
seca.7
Portanto, quanto maior a dimensão da
partícula, menor será o seu tempo de
permanência na atmosfera, conforme mostra
a Tabela 1.
Tabela 1. Tempo para deposição de partículas por assentamento em condições de
proximidade da superfície terrestre. Adaptada de Jacobson7
da (µm) Tempo para deposição*
0,02 228 anos
0,1 36 anos
1 328 dias
10 3,6 dias
100 1,1 hora
1000 4 minutos
5000 1,8 minutos
* A uma altitude de 1 km
O assentamento de partículas
atmosféricas pode ser calculado levando-se
em consideração a Lei de Stokes, que fornece
informações sobre a movimentação de
objetos esféricos em um fluido de
viscosidade definida. Assim é possível
calcular a velocidade terminal de partículas
por meio de informações como o diâmetro

aerodinâmico, as densidades da partícula e
do ar, a viscosidade do meio, a aceleração da
gravidade e o fator de correção do arraste de
Stokes-Cunningham.8,20
Outro fenômeno que diminui o tempo de
meia vida de partículas na atmosfera é a
coagulação. Ao contrário do assentamento,
este fenômeno envolve a remoção de
partículas pequenas por meio da formação
de agregados de maior dimensão. A remoção
por coagulação é influenciada pelos
movimentos brownianos que promovem
condições para que ocorra o choque entre
partículas de dimensões coloidais com a
consequente formação de agregados.3,7,8
O processo de coagulação é mais eficiente
para partículas menores e pouco significante
para partículas com diâmetros superiores a
0,01 µm.8
Isso ocorre, pois partículas
pequenas possuem energia cinética menor
que partículas maiores a uma dada
temperatura.7
Dessa forma, o choque entre
as partículas menores, ocasionado pelos
movimentos brownianos, apresenta uma
menor chance de ricocheteio, o que provoca,
portanto, maiores taxas de coagulação nesta
faixa de tamanho.7,8
É possível estimar o tempo de meia vida
de partículas de tamanho reduzido por meio
de informações como o coeficiente de
difusão, a concentração de partículas, o
diâmetro aerodinâmico e o fator de correção
do arraste de Stokes-Cunningham.8
Considerando-se, então, os limites de
tamanho impostos pelo assentamento por
deposição seca e pela coagulação, somente
partículas dentro de uma faixa definida de
tamanho estarão efetivamente dispersas na
atmosfera.21
A Figura 1 mostra a variação do
tempo de residência de partículas
atmosféricas em função de seus diâmetros
aerodinâmicos.
Figura 1. Tempo de residência e formas de remoção de partículas na atmosfera. Adaptado de
VanLoon & Duffy8
Na Figura 1, a linha pontilhada azul indica
a faixa de tamanho que sofrerá remoção por
coagulação, enquanto que a linha pontilhada
laranja, à direita, representa a remoção das
partículas por assentamento.8
Observa-se
que há uma faixa de tamanho na qual as
partículas atmosféricas irão se acumular,
experimentando tempos de residência mais

longos, de sete a dez dias, já que os
movimentos brownianos e o assentamento
não serão significativos para a remoção.22
O
principal processo responsável por remover
da atmosfera estas partículas é a deposição
úmida.15
Eventos de chuva podem remover
partículas atmosféricas por meio de
processos denominados rainout e washout.
No primeiro, partículas irão enriquecer gotas
de nuvem pela formação de núcleos de
condensação ou pela incorporação de
partículas por movimentos brownianos ou
pelo gradiente de vapor de água.22
No
processo washout, partículas serão
capturadas por gotas de chuva a medida que
precipitam.
A formação de núcleos de condensação
também contribui para remover partículas
menores que 0,1 µm da atmosfera, já que
seus tamanhos podem ser aumentados pela
condensação tanto de vapores de água
quanto de outros vapores. Ainda, o tamanho
e a concentração do MP pode sofrer
influência de reações atmosféricas com
gases, e dos processos de advecção e
convecção.7
No primeiro caso, reações ácido-
base entre gases ou reações de gases com
partículas muito pequenas podem originar
partículas secundárias.3
Por outro lado, a
advecção e a convecção são processos de
transportes que estão relacionados às massas
das partículas. A advecção é o movimento
horizontal das partículas pelo vento,
enquanto a convecção acontece
predominantemente na direção vertical.7
A convecção ainda pode acontecer de
duas formas. A primeira, também chamada
de convecção forçada, é causada por meios
mecânicos, sendo responsável pelo
movimento ascendente ou descendente das
partículas. A segunda é denominada
convecção livre ou turbulência térmica, que
consiste na movimentação vertical das
partículas causadas por diferenças de
temperatura provocadas pelo aquecimento
de superfícies pelo sol.7
3. Classificação e Tipos de MP
Conforme mostra a Figura 1, o MP
atmosférico de menor dimensão possui 𝑑𝑎 de
cerca de 0,002 µm, enquanto que partículas
maiores atingirão cerca de 100 µm. Porém,
como mostrado anteriormente, tanto as
partículas menores que 0,1 µm quanto as
maiores que 50 µm serão pouco abundantes,
já que serão majoritariamente removidas por
coagulação e deposição seca,
respectivamente. De uma maneira mais
prática, partículas totais em suspensão (PTS)
são aquelas operacionalmente definidas pela
soma de todo o MP com diâmetro de até 50
µm.24
Embora a concentração de PTS na
atmosfera tenha seus limites máximos
permitidos definidos na Resolução 003/1990
do Conselho Nacional do Meio Ambiente
(CONAMA), que dispõe sobre os padrões de
qualidade do ar no Brasil,24
a Organização
Mundial da Saúde (OMS) recomenda que
faixas menores de tamanho de MP sejam
monitoradas, pois estão melhor relacionadas
com problemas de saúde.25
Dessa forma, outra notação amplamente
utilizada para a classificação do MP baseia-se
no uso de um subscrito numérico após o
acrônimo para se referir a partículas com 𝑑𝑎
inferiores a um determinado tamanho. Por
exemplo, um conjunto de partículas com
diâmetro inferior a 2,5 µm é chamado de
MP2,5, enquanto que o MP10 se refere às
partículas menores que 10 µm.15
A Figura 2
mostra a faixa de tamanho de diferentes
tipos de partículas bem como alguns critérios
de classificação do MP com base em seus
diâmetros aerodinâmicos.

Figura 2. Classificação por tamanho e composição do material particulado atmosférico em relação à sua fonte. Adaptada de Muhlfeld et al.26

Observa-se na Figura 2 uma grande
variedade de fontes de MP para a atmosfera,
tanto de origem natural quanto antrópica. O
MP produzido por fontes naturais, tais como
o spray marinho, poeira de solos, partículas
de erupções vulcânicas e de incêndios
naturais possui composição semelhante ao
material de origem. Materiais provenientes
da desagregação de rochas e solo, também
chamados de aerossóis geológicos, são
comumente ricos em minerais, matéria
orgânica e eventualmente, partículas
biológicas, como pólens, esporos, bactérias,
vírus e detritos de plantas.7
Além disso, o
smog fotoquímico, que pode ser definido
como uma mistura com propriedades
oxidantes de gases e aerossóis, alguns
emitidos diretamente para a atmosfera e
outros resultantes de reações fotoquímicas,
representa uma fração importante de MP na
atmosfera.27
Em áreas costeiras, processos físicos na
superfície do oceano, como o estourar de
bolhas produzidas pelas ondas e a remoção
de espumas nas cristas das ondas por ação de
vento, resultam na formação de partículas
grossas que constituem o chamado spray
marinho.28
Partículas finas também possuem
origem no oceano, a exemplo dos núcleos de
cloreto de sódio (NaCl). Também chamados
de núcleos de sal, essas partículas
representam a maior parte do MP
proveniente da ação dos ventos e da
evaporação das águas salgadas, além de
serem enriquecidos na atmosfera a partir da
desidratação de partículas do spray marinho.7
Incêndios e erupções vulcânicas também
produzem tanto partículas finas quanto
grossas, lançando na atmosfera uma mistura
de MP com composição química complexa.15
Nessa mistura estão presentes partículas
minerais derivadas de silicatos, porém
podem ser encontrados elementos como
sódio, cálcio, magnésio, potássio, alumínio,
ferro e cloreto.7
Além disso, gases sulforosos
como o dióxido de enxofre (SO2) e sulfeto de
carbonila (OCS), também são emitidos para a
atmosfera e são associados à formação de
partículas secundárias.7
Incêndios consistem
na queima da biomassa proveniente de
florestas, pastagens e terras agrícolas, sejam
de origem natural ou antrópica. Produzem
compostos orgânicos voláteis (COVs) e
partículas contendo inúmeros elementos e
substâncias, tais como amônio, sódio, cálcio,
magnésio, potássio, sulfato, nitrato, cloreto,
ferro e carbono em forma de fuligem.7
Além do lançamento de MP por processos
de combustão, algumas variedades de
plantas também emitem, como fruto de seus
processos fisiológicos, uma série de COVs
para a atmosfera.29
Por exemplo, como um
mecanismo de defesa contra ataques de
herbívoros, diversas plantas emitem uma
variedade de COVs que incluem ácidos
carboxílicos, aldeídos, cetonas, éteres,
ésteres, álcoois e terpenos.7,29
Esses terpenos
lançados em regiões de florestas coníferas
podem formar aerossóis, que
consequentemente influenciam a formação
de nuvens em épocas chuvosas30,31
e também
estão relacionados com a formação de smog
de origem natural.27
Fontes antrópicas de MP incluem desde a
moagem de pedras e o cultivo da terra, até
processos que envolvem combustão, tais
como a queima de combustíveis como
carvão, petróleo, gás natural, gasolina,
querosene, diesel e biomassa. A moagem de
pedras e cultivo da terra são responsáveis
pela introdução de partículas grossas na
atmosfera com composição química
semelhante aos solos e rochas que estão
sendo processados.7
Já a queima de
combustíveis fósseis promove a emissão de
partículas como os black carbon, materiais
orgânicos diversos, sulfatos, metais e cinzas
volantes.7
A fuligem e o sulfato contribuem
com partículas menores do que 1,0 µm,
enquanto cinzas volantes, produzidas a partir
da queima do carvão mineral em usinas
termelétricas, são maiores que 1,0 µm.7
Materiais orgânicos, como combustíveis não
queimados e hidrocarbonetos policíclicos
aromáticos (HPAs) podem ser encontrados
tanto em partículas grossas quanto finas.7,18
Outras fontes antrópicas, como a
fabricação de cimento, além de vários outros
tipos de emissões industriais também
contribuem para o lançamento de MP na

atmosfera. Por exemplo, as cinzas volantes
produzidas em processos industriais
geralmente contêm óxidos de ferro (Fe2O3 e
Fe3O4), alumínio (Al2O3) e silício (SiO2), além
de vários compostos de carbono com
diferentes graus de oxidação.7
Partículas
também podem ser emitidas para a
atmosfera pela erosão de pneus provocada
pelo atrito na interface pneu-estrada que
gera desgaste do material que o constitui,
liberando para o ar partículas com diâmetros
maiores do que 2,5 µm.7,32
Além das diversas fontes primárias de MP,
partículas secundárias podem ser formadas
na atmosfera a partir de emissões antrópicas.
A emissão de COVs pela queima de
combustíveis ou por emissões industriais,
além de emissões de sulfatos e nitratos
podem formar partículas secundárias na
atmosfera.33
3.1. Uso de MP como indicador de fontes
de poluição
Embora a classificação por tamanho seja a
mais amplamente utilizada para diferenciar o
MP, é importante notar que sua composição
pode variar grandemente em função de suas
origens.34
Assim, é possível estimar os
diferentes tipos de fontes de MP ao
identificar diferentes elementos e
substâncias químicas em sua composição.
Esse tipo de avaliação constitui uma
importante ferramenta para compreender o
impacto de diferentes fontes de emissão na
carga total de MP atmosférico. Porém, é
importante mencionar que estes traçadores
não são determinísticos, mas sim indicativos,
sendo que os resultados obtidos na
caracterização química do MP devem ser
avaliados concomitantemente ao
conhecimento do analista sobre os diferentes
tipos de fontes, de forma que as hipóteses
levantadas para cada região estudada sejam
consistentes.35–38
De origem orgânica ou inorgânica, as
espécies marcadoras possibilitam estimar,
além das fontes, dinâmicas relacionadas ao
transporte, destino e efeitos do MP.39,40
. Por
exemplo, os íons 𝐶𝑎2+
e 𝑀𝑔2+
são
frequentemente utilizados como marcadores
químicos da presença de aerossóis
atmosféricos derivados de processos físicos e
químicos de desagregação de rochas e
solos.16,34
Já os metais, quando presentes no
MP refletem principalmente, atividades
industriais, emissões pelo tráfego, além de
eventos menos frequentes como a queima de
fogos de artifício.34
O íon potássio (𝐾+
) é usualmente
empregado como indicador de queima de
biomassa, por ser um nutriente essencial ao
desenvolvimento de vegetais,35,41
enquanto
os íons sódio (𝑁𝑎+
) e cloreto (𝐶𝑙−
), são
indicadores comuns do spray marinho, sendo
mais frequentemente encontrados em MP de
regiões litorâneas.38
Além disso, os íons
nitrato (𝑁𝑂3
−
) e o sulfato (𝑆𝑂4
2−
) podem ser
utilizados para diferenciar fontes de
combustão, já que o primeiro é tipicamente
formado na atmosfera a partir de emissões
de óxidos de nitrogênio por combustão de
motores de veículos ou usinas elétricas,
enquanto que o sulfato é formado a partir da
oxidação de 𝑆𝑂2, também emitido por
combustão em usinas ou outras instalações
industriais.42
Compostos orgânicos presentes no MP
também constituem uma importante fonte
de informações.43,44
Hidrocarbonetos
alifáticos, como os n-alcanos, podem
apresentar abundâncias diferentes de acordo
com o tipo de fonte. Neste sentido, utiliza-se
o índice de preferência de carbono (CPI, do
inglês Carbon Preference Index) que consiste
na razão entre a soma de n-alcanos ímpares e
a soma de n-alcanos pares como parâmetro
para diferenciar fontes petrogênicas (CPI
próximo de 1) e contribuições biogênicas (CPI
acima de 3).17
Os HPAs também estão presentes em
praticamente todas as fontes de
combustão,19
sendo sempre emitidos como
uma mistura de diferentes substâncias.
Assim, as razões molares entre diferentes
HPAs podem indicar a existência de

diferentes fontes de emissão.45
Uma das
razões de diagnóstico mais utilizadas consiste
na formada entre HPAs de baixa massa molar
(LMW, do inglês light molecular weight), com
2 e 3 anéis aromáticos conjugados, e de
elevada massa molar (HMW, do inglês heavy
molecular weight) contendo HPAs de 4 a 6
anéis. Razões LMW/HMW menores que 1
indicam fontes pirogênicas, incluindo a
combustão incompleta de madeira e
combustíveis fósseis, enquanto que valores
maiores que 1 são indicativos de fontes
petrogênicas, incluindo lançamentos de óleos
e produtos à base de petróleo.46
A Tabela 2
apresenta uma série de outras razões, que
são amplamente utilizadas na literatura para
identificação de fontes de HPAs.
Tabela 2. Razões de diagnóstico de diferentes HPAs para identificação de fontes de MP
atmosférico
Razão Faixa inferior Faixa superior Referências
BaA/(BaA+CHR) <0,2 (fonte
petrogênica)
>0,35 (fonte pirogênica) 47–51
ANT/(ANT+PHE) <0,1 (fonte
petrogênica)
FLT/(FLT+PYR) <0,4 (fonte
petrogênica)
IPY/(IPY+BPE) <0,2 (fonte
petrogênica)
>0,2 (fonte pirogênica) 47,49–52
FLT/(FLT+PYR) 0,4-0,5 (Queima de
combustíveis fósseis
líquidos)
>0,5 (Queima de
grama/carvão/madeira)
47–53
IPY/(IPY+BPE) 0,2-0,5 (Queima de
combustíveis fósseis
líquidos)
>0,5 (Queima de
grama/carvão/madeira)
48–52
BaP/BPE <0,6 (Outras fontes) >0,6 (Tráfego) 49,50,54
BaA - benzo[a]antraceno; PHE - fenantreno; ANT - antraceno; CHR - criseno; FLT -
fluoranteno; PYR - pireno; IPY - indeno[1,2,3-cd]perileno; BPE - benzo[g,h,i]perileno; BaP -
benzo[a]pireno.
Observa-se na Tabela 2 que há razões de
diagnóstico responsáveis por identificar
fontes petrogênicas das pirogênicas, bem
como razões comumente empregadas para
diferenciar fontes pirogênicas associadas à
queima de combustíveis líquidos e sólidos.
Também é importante mencionar a razão
formada entre o benzo[a]pireno e o
benzo[g,h,i]perileno que se propõe a
classificar fontes de MP oriundas do tráfego.
Em estudo realizado por Cavalcante et
al.,55
foram investigados 16 HPAs presente
em PTS coletado da região metropolitana de
Fortaleza, no Ceará. Por meio de diferentes
razões de diagnóstico, os autores concluíram
que veículos leves são as principais fontes de
HPAs para as partículas avaliadas, enquanto
as emissões industriais apresentaram
contribuições modestas. Os autores também
propuseram uma avaliação de risco à saúde
humana sugerindo que locais com maior
tráfego apresentam maior risco. Em um
trabalho similar realizado por Franco et al.56
em Niterói (Rio de Janeiro), os autores
observaram que veículos movidos a diesel e
gasolina contribuíram majoritariamente para

a presença de PTS e MP10 na atmosfera. Os
autores ressaltaram ainda que o aumento da
frota de veículos na região poderia ser a
causa do aumento de mais de 350 % de HPAs
em PTS da região entre os anos de 2005 e
2012.
Pereira et al.,57
coletaram MP2,5 e MP10
durante um ano na capital do estado de São
Paulo com vistas a elucidar as fontes do MP
atmosférico. Por meio de razões de
diagnóstico envolvendo HPAs, os autores
evidenciaram forte contribuição de fontes
relacionadas ao tráfego e ressaltaram que a
queima de cana-de-açúcar, importante fonte
de MP no estado, não é a única fonte de
queima de biomassa na região.
Apesar da importância dos HPAs para
diagnosticar fontes, é importante mencionar
que tais substâncias constituem, em média,
somente cerca de 0,1 % do MP.45
Porém,
mesmo sendo componentes minoritários,
muitos deles são conhecidamente
cancerígenos sendo intimamente associados
à degradação da saúde humana. Por essa
razão, a contribuição de diferentes fontes de
MP constitui em importante ferramenta para
avaliação de riscos.45
4. Efeitos à Saúde
Segundo a OMS, os principais poluentes
atmosféricos utilizados como indicadores da
qualidade do ar são os gases monóxido de
carbono (CO), dióxido de enxofre (SO2),
dióxido de nitrogênio (NO2) e ozônio (O3) e o
material particulado MP2,5 e MP10. Tais
poluentes foram selecionados como
parâmetros de qualidade do ar por serem
mais abundantes e por provocarem efeitos
adversos à saúde e ao ambiente.25
É notório que a capacidade de penetração
de MP no corpo humano, a partir das vias
aéreas, deverá ser maior quanto menor o for
diâmetro aerodinâmico. A Figura 3 mostra
um esquema representativo da penetração
de MP atmosférico em diferentes partes do
sistema respiratório humano.
O MP10 refere-se às partículas inaláveis,
uma vez que podem passar pelas cavidades
nasais e bucais e penetrar até a laringe. Já
partículas mais finas, como no MP2,5, podem
penetrar ainda mais fundo no sistema
respiratório atingindo os pulmões. Por este
motivo, são denominadas partículas
torácicas.18
Além do MP10 e MP2,5, pode-se também
quantificar partículas ainda menores, como
no MP1,0 e MP0,1. O MP1,0 compõe a fração
respirável, que pode atingir regiões ainda
mais profundas do sistema respiratório
chegando até os alvéolos pulmonares. Já as
partículas ultrafinas, o MP0,1, podem passar
dos alvéolos pulmonares e alcançar o sistema
circulatório.9

Figura 3. Regiões de deposição para partículas atmosféricas no sistema respiratório de acordo
com o diâmetro aerodinâmico. Adaptada de Guarieiro et al.18
O MP está amplamente associado a
efeitos adversos à saúde humana e
degradação do meio ambiente. De acordo
com estimativas feitas pela OMS, a poluição
atmosférica, causada por inúmeros
componentes, incluindo o MP, foi
responsável pela morte de 3,7 milhões de
pessoas ao redor do mundo em 2012.58
Um episódio simbólico, que se tornou
também um grande marco para a questão da
qualidade do ar, ocorreu no ano de 1952 em
Londres, na Inglaterra. No mês de dezembro,
a elevada queima de carvão e outros
materiais, juntamente com episódios
recorrentes de inversão térmica, dificultaram
a dispersão de MP e SO2 emitidos. Por esse
motivo, uma espessa nuvem de poluição
cobriu a cidade, dificultando a visibilidade e
afetando a saúde da população exposta. Este
evento atmosférico ficou conhecido como
smog, resultante da junção das palavras em
inglês smoke e fog, fumaça e neblina,
respectivamente. Este tipo de smog é hoje
conhecido como smog londrino e, ao
contrário do smog fotoquímico, possui
propriedades redutoras.7
O fato, também
ficou conhecido como “O Grande Nevoeiro”
(do inglês, Big Smoke) e foi responsável por
aproximadamente 12 mil mortes além de 100
mil doentes nos cinco dias de duração do
evento.59
Vários outros acontecimentos ganharam
repercussão tanto no Brasil quanto no
mundo. A região de Cubatão, situada no
litoral no estado de São Paulo, chegou a ser
considerada uma das cidades mais poluídas
do mundo no final da década de 70, sendo a
região chamada de “Vale da Morte”.60
Desde
o início do monitoramento da qualidade do
ar na cidade, à partir de 1981 até o ano de
1990, os padrões de qualidade estabelecidos
à época para o MP10 foram violados todos os
anos.60
Além disso, vários estudos na
literatura buscaram correlações positivas
entre o aumento do número de internações
por doenças respiratórias e cardiovasculares
e os níveis elevados de MP10, mesmo não
sendo a fração mais finamente dividida do
MP total .61–64
Na região metropolitana de São Paulo, os
níveis de vários poluentes atmosféricos
frequentemente violam os padrões de
qualidade do ar.65
Nesta região, Rodrigues et
al.66
propuseram quadros de mortalidade e
internação hospitalar para os anos de 2012 a
2030 a partir de cenários de poluição por
material particulado fino (MP2,5), tomando-se
como referência o ano de 2011. Estimaram,
no período, cerca de 246 mil óbitos
relacionados aos efeitos adversos causados
pela exposição ao MP2,5. Além disso,
previram mais de 950 mil internações para o

período, o que poderá levar a gastos
adicionais de cerca de 1,6 bilhão com
recursos destinados à saúde pública.
Um estudo realizado por Han et al.67
avaliou a média global de MP2,5 entre os anos
2000 e 2010. Além da média dos valores de
MP2,5 terem aumentado ao longo dos anos,
os autores também constataram que a saúde
humana foi potencialmente afetada.
Verificaram também que 30 % da população
global, ou seja, cerca de 1,94 bilhões de
pessoas, encontravam-se expostas a níveis de
MP2,5 acima do recomendado pela OMS no
ano de 2010. Os países que apresentaram os
maiores números de pessoas expostas foram
a China (962 milhões) e a Índia (543 milhões).
Como reflexo dessa elevada exposição, em
dezembro de 2016, a capital chinesa, Pequim,
além de outras 21 cidades entraram em
alerta vermelho após serem verificados níveis
de MP até seis vezes maiores que os
recomendados pela OMS. Além disso, a
população chinesa enfrentou, durante dias,
uma densa névoa que afetou bastante a
visibilidade em um episódio que ficou
conhecido como “Arpocalipse”.68
Já na Índia,
estima-se que cerca de 1,1 milhão de mortes
estão relacionadas aos elevados valores de
MP2,5.69
Apesar de diversos estudos da literatura
apontarem que partículas menores
apresentam maior potencial para causar
danos à saúde de seres humanos,70
o
monitoramento de MP geralmente restringe-
se aos parâmetros MP10, MP2,5 e PTS (cada
vez menos frequente). As partículas ultrafinas
(MP0,1), por exemplo, não são monitoradas e,
por contribuírem com cerca de 80 % do
número total de partículas no MP,71
constituem uma questão de preocupação
emergente em termos de saúde pública. A
agência de proteção ambiental norte-
americana, EPA (do inglês Environmental
Protection Agency), reconhece que a
ausência de uma rede nacional de
monitoramento de MP0,1 limita a realização
de estudos relacionados ao impacto dessas
partículas na saúde.70
Por outro lado, no
Brasil a legislação não contempla nem
mesmo o MP2,5,15
o que limita ainda mais a
realização de estudos que relacionem MP
fino e efeitos adversos à saúde.
5. O papel do MP no Clima
O MP também pode afetar o balanço de
energia radiativa da terra de acordo com a
sua composição, tamanho e morfologia.
Assim, podem influenciar a variação de
temperatura no planeta de forma direta ou
indireta, conforme é mostrado na Figura 4.

Figura 4. Principais fontes de MP atmosférico e seus possíveis efeitos sobre a dispersão de
radiações solares
O efeito direto das partículas atmosféricas
no clima consiste no espalhamento ou na
absorção da radiação solar que incide sobre
as partículas suspensas na atmosfera.72
Por
outro lado, de forma indireta, essas
partículas também atuam como núcleos de
condensação da água alterando assim o ciclo
de vida das nuvens.
As partículas com potencial para formar
gotas de chuva são denominadas núcleos de
condensação de nuvens (CCN, do inglês Cloud
Condensation Nuclei). Nas nuvens, quanto
maior o número de núcleos presentes, mais
gotas de pequena dimensão podem ser
formadas. Por outro lado, gotas maiores
serão formadas sob menor concentração de
núcleos. Dessa forma, nuvens com muitos
CCN apresentam área superficial elevada o
que resulta em uma reflexão da luz solar
incidente cerca de 30 % maior em
comparação às nuvens formadas por poucos,
porém maiores CCN.7
Além disso, nuvens
formadas por gotas muito pequenas terão
tempo de vida maior e, consequentemente,
capacidade de refletir a radiação vinda do sol
por um maior período de tempo.7
Partículas emitidas, tanto por fontes
naturais quanto antrópicas, podem atuar
como CCN, desde que tenham afinidade por
água. Desse modo, emissões antrópicas que
alteram as concentrações desses núcleos na
atmosfera têm potencial para afetar a
formação de nuvens e, consequentemente,
os padrões de chuva. Portanto, além de
alterações no clima, a emissão dessas
partículas pode causar alterações no ciclo
hidrológico e, por conseguinte, afetar a
distribuição e a disponibilidade de água.73
5.1. Balanço de energia radiativa:
forçante radiativa
O balanço de energia radiativa consiste
em um estado de equilíbrio onde parte da
radiação solar que atinge a Terra é devolvida
para o espaço como calor e parte é utilizada

em processos bióticos e abióticos. O efeito
estufa é um fruto deste balanço, uma vez que
parte da radiação reemitida pelo planeta
(radiação infravermelha) permanece na
troposfera pela ação de gases que a
absorvem e a redirecionam. A alteração do
balanço de energia radiativa geralmente
acontece quando a radiação reemitida pelo
planeta fica retida na troposfera além do
natural aumentando, consequentemente, a
temperatura do planeta. Por outro lado, este
balanço também pode ser alterado quando
parte da radiação emitida pelo sol é refletida
pela atmosfera sem atingir a superfície do
planeta. Neste caso, pode ocorrer uma
diminuição da temperatura.72,74–77
Gases e partículas presentes na atmosfera
possuem capacidade de alterar o fluxo
natural da radiação. Ou seja, suas
concentrações podem interferir tanto na
quantidade de radiação que chega ao
planeta, quanto naquela que é devolvida ao
espaço, alterando o balanço de energia
radiativa e provocando condições que levam
às mudanças do clima do planeta.72
Uma das maneiras de estudar o efeito de
poluentes atmosféricos sobre a variação da
temperatura terrestre consiste na
determinação da forçante radiativa (FR), ou
seja, a perturbação do balanço de energia
que entra e sai do planeta. Medida pela
potência radiativa sobre uma determinada
área (W m-2
), a FR mede a diferença nos
fluxos de radiação entre um estado de
referência, geralmente a condição observada
na era pré-industrial ou no ano de 1750, e de
um estado perturbado que pretende ser
avaliado.74,77
Quando a FR é positiva, haverá
tendência ao aquecimento do planeta,
enquanto que poluentes que apresentam FR
negativa contribuirão para seu resfriamento.
A Figura 5 mostra alguns componentes da
atmosfera capazes de alterar a forçante
radiativa do planeta.
Os MP são agentes forçantes de radiação
na atmosfera, ou seja, eles possuem
capacidade de interferir no balanço de
energia radiativa, seja de maneira direta ou
indireta. De modo geral, apresentam FR
líquida negativa, porém, considerando a
vasta composição química do MP, é esperado
que suas interações com a radiação também
variem de acordo com a composição. Dentre
os componentes do MP que se destacam
pelas suas propriedades radiativas, estão o
black carbon e alguns compostos de carbono
orgânico conhecidos como brown carbon.
O black carbon representa uma fração
minoritária do MP atmosférico, mas apesar
disso, é considerado forte absorvedor de
radiação, já que possui capacidade de
absorver em vários comprimentos de onda
do espectro eletromagnético, incluindo as
radiações solares que chegam na troposfera
e as radiações emitidas pelo planeta.7
Sua
presença no MP atmosférico está
principalmente relacionada à queima de
combustíveis fósseis em motores a
combustão, aproximadamente 90 % do black
carbon emitido está relacionado a queima de
diesel,78
e em menor proporção à queima de
biomassa.72
Embora o efeito do MP sobre a
FR seja negativo, o black carbon apresenta
efeito contrário, isto é, uma FR positiva.75,77
Ao contrário do black carbon, o brown
carbon absorve fortemente radiação
ultravioleta e parte da das radiações na
região do visível, mas não na região do
infravermelho.7
Apesar de também serem
gerados na queima de combustíveis fósseis,
sua principal fonte consiste na queima de
biomassa.79,80
A queima de biomassa
predominante em regiões rurais, por
exemplo, contribui com MP constituído por
cerca de 80 % de carbono orgânico, enquanto
que em áreas urbanas essa fração é muito
menor.72
Embora alguns componentes do
brown carbon possuam capacidade de
aquecer a atmosfera, tais como os compostos
orgânicos aromáticos em geral,7
outros
componentes levarão ao resfriamento, o que
resulta em uma FR líquida negativa.77

Figura 5. Fatores externos capazes de alterar o balanço climático do planeta. As caixas
representam estimativas realizadas com base em dados empíricos, enquanto que as barras
indicam estimativas guiadas por observações físicas diversas. Adaptado de Griggs et al.74
Na Figura 5, observa-se que tanto
partículas quanto gases possuem capacidade
de alterar a forçante radiativa do planeta.
Enquanto os gases apresentam elevado
tempo de residência na atmosfera, sendo
homogeneamente distribuídos causando
impactos climáticos globais e a longo prazo,75
o tempo de vida do black carbon e do brown
carbon é consideravelmente mais curto, na
faixa de dias a semanas.81
Assim, sua
presença na atmosfera terrestre é
heterogênea e resulta em impactos
climáticos regionais e a curto prazo.76,81–83
O
black carbon, devido ao curto tempo de
residência na atmosfera e a sua capacidade
de absorção da radiação solar, integra um
grupo de poluentes conhecidos como
poluentes climático de vida curta, do inglês
Short-Lived Climate Pollutants.81
Os gases do efeito estufa (GEE)
apresentam FR positiva e bastante elevada
em relação às forçantes observadas para os
tipos de partículas apresentados, que por sua
vez, apresentam comportamentos distintos
de acordo com a composição. Estima-se
ainda que o MP na atmosfera promova um
efeito indireto, também chamado de efeito
indireto dos aerossóis, que resulta em FR
negativa. Entretanto, o nível de
conhecimento científico nesta área ainda é
baixo em comparação àquele envolvendo os
GEE. Portanto, são necessários mais estudos
que busquem diagnosticar a presença e os
efeitos do MP sobre as variações de
temperatura na atmosfera.
6. Conclusão
O conhecimento sobre os processos
sofridos e mediados por materiais
particulados atmosféricos é o primeiro passo
para compreender de que forma suas
diferentes fontes de emissão podem afetar
aspectos tão distintos como a dinâmica da
atmosfera e a saúde humana. Enquanto que
a emissão de partículas de dimensões
nanométricas tem sido um aspecto
preocupante e emergente em termos do
agravamento da saúde humana e dos seres
vivos, parâmetros ainda pouco investigados
como o black carbon e o brown carbon
exercem efeitos importantes em termos do

balanço de energia do planeta. Em ambos os
casos, são necessários mais estudos de forma
a possibilitar ampla compreensão dos
fenômenos fisiológicos e atmosféricos
diretamente impactados pela presença de
MP.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Fundação de
Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF,
processos no
01930012102/2016 e no
0193001370/2016) e ao Instituto Nacional de
Ciências e Tecnologias Analíticas Avançadas
(INCTAA).
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